无线充电悄然向前

众所周知，电力可以在空气中传播很长一段距离，但向电线边界以外扩展似乎从来都不是为精密电子设备供电的实用或可靠的方法。

事实上，无线电源已经广泛应用多年了。这种方法是否会被用于延长电池寿命还不完全清楚。但随着边缘设备的处理能力和功能性增强之间的平衡与电池容量的缓慢改善发生冲突，以及电动汽车和互联工业应用等新市场继续获得动力，它正重新引起人们的关注。

西门子公司Mentor的产品营销经理杰夫·米勒(Jeff Miller)说:“我记得10年或15年前，我在研究医用植入物时，必须使用袖口或线圈充电，这样电力才能通过，你就不必回去做手术了。”“或者给卡车上的轮胎压力监测系统充电——你不能把电线穿过轮胎，你也不想把轮胎取下来，所以值得考虑一种不同的方法。”

无线电源的大多数应用涉及工业、汽车或低端消费产品，如可充电牙刷。但它正越来越多地在智能手机充电器中找到一席之地。这些主要是基于Qi标准对于无线充电来说，它依赖于发射机和接收器产生的磁感应，在充电过程中它们必须靠得很近，以至于它们几乎接触到对方。

另一项主要工作是开发方法，在几英尺远的地方为同一部手机在相同的时间内充电，并可能使用磁场、超声波、激光或各种频率的射频作为传输介质同时为许多其他设备充电。

无线电力联盟(WPC)主席Menno Treffers说:“几十年前，人们就已经知道了无电缆供电的基本物理原理，所以困难并不在于让它通过空气进行广播，而在于在场强的限制下，不受干扰，并以可以使其成为大众市场产品的成本进行广播。”WPC正在将两种以前相互竞争的技术规范整合成自己的Qi标准，用于近场手机充电。

Treffers说，要让大多数无线电源产品产生并实际提供智能手机所需的5瓦或更多的电量是非常困难的。

他说:“做一个看起来像是在15英尺外给手机充电的演示很容易，但重要的是要看数字。”“如果你只向一个需要5瓦的设备提供微瓦，那就不是很有用。通过磁感应，你可以获得5瓦，电器2.4千瓦，笔记本电脑和无人机60到100瓦的电力。远距离供电满足了你永远不用充电的梦想，但我们远未解决更高功率水平的问题。”

无线的方便
IHSMarkit公司2月份的一份报告显示，人们希望给智能手机充电，避免插头带来的不便，这推动了2017年无线电源消费品市场增长了40%，估计达到5亿部。该公司预计，到2022年，配备无线电源的智能手机销量将达到9000万部。

智能手机无线充电的推广始于2014年，当时星巴克安装了基于PMA标准的PowerMat充电板(现在由AirFuel Alliance管理)，麦当劳在英国的50家门店安装了支持Qi标准充电器的充电器。但此次曝光也突显了行业内部的分歧，三星和AT&T支持PMA，飞利浦、高通和诺基亚支持无线电力联盟的Qi。

图1:Energous的WattUp技术。来源:Energous

图2:麦当劳的空气充能方案。来源:Aircharge

然而，苹果去年支持Qi标准的决定打破了力量的平衡，这场战斗以1月8日宣布的整合两种标准的协议而告终。IHSMarkit的报告预测，三星和苹果手机的结合，以及竞争标准的放松，将吸引其他手机制造商加入，并进一步增加用户数量。

远距离的权力
另一个大新闻来自美国联邦通信委员会(FCC)，它批准了两种产品可以远距离充电——一种是3英尺，另一种是80英尺。目前还没有设计或批准的商业产品可以在两英寸以上的距离内为手机电池充电。

12月，FCC批准一个基于射频的一对多充电单元，称为WattUp中场发射器，使用915MhZ的射频为三英尺外的设备充电。
它还批准了Powercast公司的3瓦PowerSpot发射机，该发射机通过射频工作，可以在80英尺的距离内充电。它使用915MHz，通常为ISM预留，850到950MHz，这是更典型的UHF RFID。

IHSMarkit报告的作者维多利亚·福代尔(Victoria Fodale)表示，技术和监管问题的数量使我们很难估计何时可以看到无线电源与商业产品的距离。

图3:无线电源/充电的市场增长。来源:IHS Markit

IDC的研究总监菲尔·索利斯(Phil Solis)负责移动设备和臀部的研究，他表示:“没有一款远程充电产品是商业化的，因为它们需要做出各种权衡。”“这不是一个完美的解决方案，但如果你能在几英尺内继续使用你的设备，即使你只是涓流充电一个小时，以减缓电池的消耗，这将是一件大事。”

随着无线电源的应用，能量水平下降得如此之快，以至于很难保持足够强的信号，使其在超过几英尺的地方有价值。除此之外，还需要将信号功率提高到非常高的水平，这违反了当地广播甚至安全法规，特雷弗斯说，他不确定我们能在功率、安全和效率之间找到一个良好的平衡。

Powercast的首席运营官兼首席技术官查尔斯•格林表示:“手机远程充电是手机行业的圣杯。”Powercast是最近获得FCC批准的两家公司之一，他们可以销售5到10英尺距离的手机电池充电产品。

格林说:“物理学确实施加了限制。“当你远离源头时，能量就会下降。有很多方法可以解决这个问题，但这样做会缩小你的范围，更难创建一个可以进行一对多收费的区域，而这正是我们所关注的。”

Greene表示，Powercast已经采用了Qi规范的手机充电技术，但并不是以牺牲自己的基于射频的充电技术为代价。相反，该公司正在将Qi手机充电器集成到自己的发射机中，可能会在第三季度推出。

“气已经很成熟了，但它也有局限性，”格林说。“通常情况下，这是一对一的解决方案，而不是一对多，而且确实需要一个充电板。我们将能够提供组合的替代解决方案。如今，在工作台面上安装一个变送器，我们可以在一夜之间(远距离)充电10%到15%。我们也许可以把电量提高到50%，这样我就可以把发射机放在床头柜或桌子上，全天不间断地充电，而且可能永远都不用充电。”

WiTricity公司的首席技术官莫里斯•凯斯勒表示，无线充电器没有理由不能实现比现在更高的功率，并至少在短距离内实现一对多充电。WiTricity公司于2007年从麻省理工学院剥离出来，将麻省理工学院教授马林•索尔贾维奇的磁共振无线传输研究商业化。

WiTricity表示，该公司将在今年晚些时候推出停车垫，作为汽车制造商首款高端电动汽车的配件。根据汽车的大小，该系统的功率范围从3.6kW到11kW，只要汽车下方的接收器距离地面发射台正上方25厘米以内，效率可达93%。这使得车主可以正常停车，而不是确保他们停在一个精确到毫米的地方。

“发送的距离取决于发射器和接收器的大小以及你的功率水平，但磁共振给你的优势之一是能够进行一对多连接，”凯斯勒说。“人体对磁场完全没有反应，所以这不是什么大问题。如果你想把能量传输到10米左右的房间里，你可能会想用天线把信号发送到特定的地方。”

他说，没有理由认为手机是无线电力的唯一市场。电动汽车(EV)市场才刚刚起步，但每个工厂和仓库都有电动汽车、自动化地面车辆、工业机器、医疗应用和植入物——几乎所有需要动力和移动的东西。

“你必须注意的是效率，”他说。“如果你打算以70%的效率使用一千瓦的能量，你将消耗300瓦的热量，你真的不想这样。”

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